復(fù)合捕收劑M5419對(duì)金佳煤泥浮選的試驗(yàn)研究

符劍剛，李 政，賈 陽(yáng)，吳 凱，黃葉鈿, 鄒詩(shī)韻

(1.中南大學(xué) 化工學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083;2.深圳市瑞成二次資源利用研究院, 廣東 深圳 518000)

煤炭在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中占有主體地位，在未來相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變。對(duì)煤炭資源的有效利用，成為綠色發(fā)展的重要前提?！笆濉碧岢鲆詠恚谡恼叽胧┖褪袌?chǎng)的作用下，我國(guó)的煤炭行業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。但煤炭資源的生產(chǎn)中仍然存在很多問題，其中突出的是煤泥的污染以及煤資源浪費(fèi)的問題。

煤泥是原煤洗選加工后的副產(chǎn)品，煤泥的堆放成為許多選煤廠老大難的問題，甚至導(dǎo)致停產(chǎn)。因此，煤泥的綜合利用對(duì)于我國(guó)具有重要的意義。近年來，許多科研工作者提出了很多煤泥綜合利用的途徑，普遍認(rèn)為浮選是最好、最經(jīng)濟(jì)的煤泥分選方法。煤油和輕柴油作為選煤最常用的捕收劑[1-2]，對(duì)煤泥浮選有良好的效果[3]。但這類藥劑屬于能源物質(zhì)，工農(nóng)業(yè)需求量大[4]，并且價(jià)格相對(duì)較高。近年來，許多科研工作者發(fā)現(xiàn)了優(yōu)良的捕收劑。針對(duì)開灤煤樣和雙鴨山煤樣的浮選，荀海鑫等人[5]研制出了高效AO捕收劑，試驗(yàn)結(jié)果表明其捕收性能優(yōu)于煤油與柴油；沈笑君等人發(fā)現(xiàn)了HTP捕收劑，分別對(duì)七臺(tái)河鐵東與鶴崗新一選煤廠的煤泥進(jìn)行浮選試驗(yàn)，HTP捕收劑[6]的浮選效果優(yōu)于煤油；施秀屏[7]等研制出MZ復(fù)合捕收劑，很大程度上節(jié)省了藥劑用量；于海選[8]等人以煤油、AR為原料制備了新型復(fù)合捕收劑，精煤的各項(xiàng)指標(biāo)均高于傳統(tǒng)捕收劑。為了制備對(duì)煤捕收能力強(qiáng)、選擇性好的捕收劑，制定出操作簡(jiǎn)單的藥劑制度，獲得低灰低硫的精煤產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的高效利用，研制出復(fù)合捕收劑M5419，采用貴州盤江金佳礦選煤廠低硫高灰煤泥對(duì)其性能進(jìn)行了驗(yàn)證，并對(duì)煤泥進(jìn)行了深度浮選。

1 試驗(yàn)

1.1 藥劑與設(shè)備

(1)試驗(yàn)藥劑。浮選藥劑主要包括：煤油、柴油、捕收劑M5419、仲辛醇、自制抑制劑RC-4S。其中M5419是研發(fā)的一種新型復(fù)合選煤捕收劑，該捕收劑主要成分為烷烴、芳烴、醇類、烷基茚滿類及其衍生物等，兼具起泡劑和捕收劑的雙重作用，具有選擇性好、捕收能力強(qiáng)、用量少、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。

(2)試驗(yàn)儀器。XFD1.5實(shí)驗(yàn)室用1.5 L單槽浮選機(jī)(吉林省探礦機(jī)械廠)、JC2000D1接觸角測(cè)量?jī)x(上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司)、Avatar360傅里葉變換紅外光譜儀(美國(guó)尼高力儀器公司)、YP-8T粉末壓片機(jī)(天津市金孚倫科技有限公司)、ZetaPALS高分辨Zeta電位及粒度分析儀(美國(guó)布魯克海文儀器公司)。

1.2 試驗(yàn)煤樣

浮選試驗(yàn)所用的煤樣取自貴州盤江金佳礦選煤廠低硫高灰煤泥，煤的工業(yè)分析、全硫分析及發(fā)熱量見表1。

表1 煤質(zhì)分析

1.3 試驗(yàn)方法

(1)開路浮選作業(yè)。按如圖1所示的流程進(jìn)行浮選試驗(yàn)。捕收劑分別選用煤油、柴油、M5419。使用M5419作為捕收劑時(shí)不加起泡劑，其余兩組加入起泡劑仲辛醇。將浮選產(chǎn)品過濾后，在80℃的恒溫干燥箱中烘干，稱量質(zhì)量。測(cè)量產(chǎn)品灰分，計(jì)算產(chǎn)品產(chǎn)率、可燃體回收率以及浮選完善指標(biāo)。

圖1 開路浮選試驗(yàn)

(2)接觸角測(cè)量。稱取4份煤樣，質(zhì)量均為20 g，置于燒杯中，加入75 mL自來水，配置成濃度為266.67 g/L的煤漿。其中3份分別加入煤油、柴油、M5419各0.012 g，另外一份配置成空白煤漿。攪拌2 min，過濾煤漿，將煤樣置于20 ℃的真空干燥箱中烘干，然后將煤樣壓成直徑為1 cm、厚度為2 mm的試片[9]。每組樣品壓三個(gè)樣，取平均值。

(3)表面Zeta電位測(cè)定。將煤泥樣磨碎并全部通過45 μm標(biāo)準(zhǔn)篩，稱取24份質(zhì)量為0.05 g的煤樣，每份均加入50 mL蒸餾水。然后再分別加入煤油、柴油、M5419各6份，每份質(zhì)量均為0.005 g；另6份為空白樣(PH值分別為 2、4、6、8、10、12)，用0.1 mol/L的HCl與NaOH調(diào)節(jié)pH值。在常溫下震蕩30 min，測(cè)量Zeta電位。

(4)紅外吸收光譜測(cè)定。紅外吸收光譜采用液膜法，通過DCM洗凈后也放入干燥箱保存，然后測(cè)定樣品為紅外光譜。

(5)“一粗—二掃—四精”閉路浮選作業(yè)。通過條件優(yōu)化[10]，進(jìn)行了如圖2所示的閉路浮選試驗(yàn)。

圖2 閉路浮選試驗(yàn)流程

2 結(jié)果與討論

2.1 開路浮選試驗(yàn)結(jié)果

煤泥開路浮選試驗(yàn)結(jié)果如表2—表4所示。

表2 柴油浮選試驗(yàn)結(jié)果

表3 煤油浮選試驗(yàn)結(jié)果

表4 M5419浮選試驗(yàn)結(jié)果

由表2—表4可知，當(dāng)柴油的用量低于800 g/t時(shí)，精煤的產(chǎn)率均低于56.20%，尾煤的灰分低于81.75%，可燃體回收率低于80.00%，浮選完善指標(biāo)低于54.75%；當(dāng)煤油的用量低于800 g/t時(shí)，精煤產(chǎn)率低于58.95%，尾煤灰分低于82.46%，可燃體回收率低于82.17%，浮選完善指標(biāo)低于51.90%。而使用新型的M5419捕收劑，在藥劑用量為600 g/t時(shí)，精煤的產(chǎn)率為62.74%，相比于柴油、煤油分別提高了6.54個(gè)百分點(diǎn)、 3.79個(gè)百分點(diǎn)；尾煤灰分為85.44%，相比于柴油、煤油分別提高了3.69個(gè)百分點(diǎn)、2.98個(gè)百分點(diǎn)；可燃體回收率為87.83%，相比于柴油、煤油分別提高了7.83個(gè)百分點(diǎn)、5.66個(gè)百分點(diǎn)；浮選完善指標(biāo)為56.98%，相比于柴油、煤油分別提高了2.23個(gè)百分點(diǎn)、5.08個(gè)百分點(diǎn)。相比于柴油用量為800 g/t時(shí)精煤灰分升高了3.00個(gè)百分點(diǎn)；相比于煤油用量為800 g/t時(shí)精煤的灰分降低了0.47個(gè)百分點(diǎn)。由此可知：當(dāng)復(fù)合捕收劑M5419用量?jī)H為傳統(tǒng)捕收劑用量的75%時(shí)，捕收性能就提高顯著；并且使用M5419作為煤泥捕收劑，不需另加入起泡劑，很大程度地降低了煤泥浮選的成本。

2.2 接觸角測(cè)量結(jié)果

接觸角是礦物在水中潤(rùn)濕程度的量度，它反映了礦物的疏水程度。接觸角越大，礦物的疏水性越強(qiáng)，可浮性也越好[11]。接觸角的測(cè)量結(jié)果如表5所示。

表5 煤樣接觸角測(cè)量結(jié)果

通過量角法測(cè)定原煤的接觸角為64.7°，說明煤泥的自然可浮性不高，屬于難浮煤泥。而經(jīng)過柴油、煤油、M5419處理后，接觸角變?yōu)?2.9°，84.0°，86.4°。由此可知，通過M5419處理相對(duì)于未經(jīng)處理或煤油、柴油處理時(shí)，接觸角明顯增大，說明相對(duì)于煤油或柴油，M5419對(duì)煤泥具有更強(qiáng)的捕收能力。

2.3 Zeta電位測(cè)量結(jié)果

Zeta電位與一個(gè)顆粒在某一特定介質(zhì)中所帶的總電荷有關(guān)，確切地說，是顆粒在剪切面處的電位。pH值對(duì)煤的表面電荷有很大的影響，而表面電荷會(huì)影響捕收劑對(duì)煤的吸附。不同pH值下的表面電位的研究對(duì)煤的浮選作用具有重要意義。為了研究不同捕收劑對(duì)浮選的影響，測(cè)定了不同捕收劑在不同pH值下的Zeta電位，結(jié)果如圖3所示。

在懸浮液中加入堿性物質(zhì)，顆粒會(huì)得到更多的負(fù)電[12]。所以，煤樣的Zeta電位隨著pH值的增大而不斷降低。由圖3可以看出，原煤泥的等電點(diǎn)為4.12 mV。通過煤油和柴油處理后，煤樣的等電點(diǎn)分別為6.65 mV和5.32 mV；而通過M5419處理后，煤樣的等電點(diǎn)變?yōu)?.56 mV。因此經(jīng)M5419處理后，煤樣的等電點(diǎn)與原煤泥的等電點(diǎn)之差為4.44 mV，而經(jīng)煤油與柴油處理后，電位之差僅為2.53 mV和1.20 mV。藥劑與礦物作用前后電位之差反映了礦物的活化程度[13]，電位之差越大，藥劑與礦物作用越強(qiáng)。因此，M5419相對(duì)于煤油和柴油捕收劑，性能更加優(yōu)良。

圖3 Zeta電位測(cè)定結(jié)果

2.4 紅外光譜測(cè)定結(jié)果

三種捕收劑的紅外吸收光譜如圖4所示。

圖4 捕收劑紅外光譜

由圖4可知，三種捕收劑在3 450 cm-1處均有吸收峰，說明捕收劑中存在醇、酚—OH結(jié)構(gòu)，并且存在分子間氫鍵。M5419在1 050 cm-1處和1 100 cm-1處存在吸收峰，說明M5419含有游離的伯仲羥基，而煤油和柴油中不具備。在2 850 cm-1處的峰是—CH2—的對(duì)稱伸縮振動(dòng)，在2 920 cm-1處為—CH2—的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)，在2 950 cm-1處為CH3—不對(duì)稱伸縮振動(dòng)。同時(shí)在指紋區(qū)1 460 cm-1處和1 372 cm-1處的峰也說明三種捕收劑存在烷烴鏈和芳環(huán)。但在720 cm-1處，煤油與柴油均有峰，而M5419在740 cm-1處有一個(gè)峰。說明煤油與柴油均含有較長(zhǎng)的烷烴鏈，而M5419沒有長(zhǎng)的烷烴鏈。在1 700 cm-1左右存在吸收峰，說明三種捕收劑可能存在醛或酮的羰基。M5419在1 240 cm-1處有一個(gè)較強(qiáng)的吸收峰，這個(gè)吸收峰可能是羧、酚、醚、醇、酯的C—O振動(dòng)峰，而另外兩種捕收劑不明顯。

2.5 “一粗—二掃—四精”閉路浮選試驗(yàn)結(jié)果

通過圖2的浮選試驗(yàn)流程，得到如表6所示的試驗(yàn)結(jié)果。

表6 閉路浮選試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，煤泥經(jīng)過“一粗—二掃—四精”的浮選試驗(yàn)流程后，精煤產(chǎn)率為53.79%，大約1.86 t干煤泥浮選可得到1 t精煤，精煤灰分降至5.64%，可燃體回收率達(dá)到88.70%，脫灰率達(dá)93.10%，浮選尾煤灰分達(dá)到86.93%，固定碳的回收率達(dá)到99.03%，實(shí)現(xiàn)了煤泥的高效分離。

3 結(jié)論

(1)M5419復(fù)合捕收劑對(duì)煤的捕收能力強(qiáng)于煤油與柴油，并且兼具捕收與起泡雙重作用，能夠節(jié)省大量的捕收劑與起泡劑，使用便捷，是一種新型高效的選煤捕收劑。

(2)M5419與金佳礦選煤廠煤泥作用后能夠明顯提高煤的接觸角，并且該接觸角大于該煤泥與煤油和柴油作用后的接觸角。M5419與該煤泥作用前后等電點(diǎn)的差值也大于煤油與柴油作用前后等電點(diǎn)的差值，表明M5419與該煤泥的作用效果優(yōu)于煤油與柴油。

(3)M5419捕收劑較另外兩種捕收劑存在游離伯仲羥基，這些游離的伯仲羥基通過氫鍵與煤作用，提高了煤的可浮性。

(4)采用M5419作為捕收劑，通過“一粗—二掃—四精”的閉路浮選作業(yè)，得到了灰分為5.64%的精煤，可燃體回收率達(dá)到88.70%，固定碳回收率達(dá)到99.03%，脫灰率達(dá)93.10%，浮選尾煤灰分達(dá)到86.93%，實(shí)現(xiàn)了煤泥的高效分離。

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